13 Eylül 1954'de İstanbul'da dünyaya geldi.Çocukluğunda evde Türkçe'yle birlikte Fransızca’yı babası ve dedesinden öğrendi. Saint Pulcherie ve Saint Benoit'da eğitim gördü daha sonra Fransa'da Caen Üniversitesi'nde psikoloji bölümünden mezun oldu. Fransa Kültür Bakanlığı tiyatro sorumlusu olan Robert Abirached'den tiyatro dersleri aldı. Serra Yılmaz, 1977-1979 yılları arasında Dostlar Tiyatrosu'nda sahneye çıktı.

Fransızca ve İtalyanca'dan profesyonel simultane çeviri yapan Yılmaz, Papa 16. Benedict'in Türkiye ziyaretinde çeviri yapmasıyla Türk halkı tarafından da tanındı.

İtalyan sinema dünyasında iyi tanınan Serra Yılmaz, yurt içinde ve dışında sinema ve dizi filmlerde rol almaktadır. Ferzan Özpetek'in ilk filmi Hamam'da yok, çünkü tanışmıyorlardı, sonraki üç filmi Harem Suare, Cahil Periler ve Karşı Pencere'de ise illa ki vardı. Tarkan'ın Hüp şarkısının klibinde de yer almıştır.

İtalyan sinema dünyasında iyi tanınan Serra Yılmaz, yurt içinde ve dışında sinema ve dizi filmlerde rol almaktadır. Ferzan Özpetek'in Harem Suare, Cahil Periler ve Karşı Pencere'de yer aldı. Yine Ferzan Özpetek'in yönettiği Tarkan'ın Hüp şarkısının klibinde de yer aldı.

Dostlar Tiyatrosu oyuncularından olan Levent Yılmaz ile 1977 yılında başlayıp 10 yıl süren bir evlilik yaptı. 1979 doğumlu Ayşe Yılmaz adında bir kızı vardır.

Eyvah Eyvah 3, Nar, Beni Unutma İstanbul , Kaybedenler Kulübü, Vavien, Parmaklıklar Ardında, Asmalı Konak, Karşı Pencere, Cahil Periler, O da Beni Seviyor, Yeşil Işık gibi birçok önemli yapımda yer aldı.